(57)【要約】    【課題】  低消費電力化及び小面積化を図ることができると共に、半導体レーザのスイッチングタイミングのばらつきを低減させることができる半導体レーザ駆動装置及び半導体レーザ駆動装置を有する画像形成装置を得る。    【解決手段】  ＤＡＣ演算回路１７によって、発光電流ｉηにオフセット電流ｉｏｆを加えた電流にスイッチング電流ｉｄａｃが設定され、ＤＡＴＡ入力端子３３から入力される外部からのデータ信号Ｓｄによって、レーザダイオードＬＤの点灯時は第２スイッチ回路１８をＯＮさせ、レーザダイオードＬＤの消灯時は第２スイッチ回路１８をＯＦＦさせる。スイッチング電流ｉｄａｃを設定するに際して、バイアス電流ｉｓｈを、レーザダイオードＬＤのしきい値電流ｉｔｈよりも前記オフセット電流ｉｏｆだけ小さい電流に設定し、レーザダイオードＬＤに常に流す電流として設定するようにした。【選択図】  図１
2007073543.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所望の発光量が得られるように半導体レーザに供給する電流を自動的に制御するＡＰＣを行って、該半導体レーザの駆動制御を行う半導体レーザ駆動装置において、
前記半導体レーザの発光量を検出し、該発光量が所定値になるように、前記半導体レーザの発振しきい値電流未満の所定のバイアス電流を生成して該半導体レーザに常時出力するバイアス電流生成回路部と、
前記半導体レーザを発光させるための電流を生成し、入力された制御信号に応じて該生成した電流を前記半導体レーザに出力するスイッチング電流生成回路部と、
前記半導体レーザの発光特性の検出を行う所定の初期化動作を行い、前記スイッチング電流生成回路部に対して、該検出した発光特性から得られた値の電流を生成させる初期化回路部と、
前記スイッチング電流生成回路部に対して、前記初期化回路部から指示された電流値に、設定されたオフセット電流を加算した電流を生成させるオフセット電流設定回路部と、
を備え、
前記バイアス電流生成回路部は、生成したバイアス電流と前記スイッチング電流生成回路部から出力された電流との和電流による前記半導体レーザの発光量が所定値になるように、前記バイアス電流を生成して出力することを特徴とする半導体レーザ駆動装置。
【請求項２】
前記オフセット電流設定回路部は、外部から前記オフセット電流が設定されることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ駆動装置。
【請求項３】
前記スイッチング電流生成回路部は、電流出力型のＤ／Ａコンバータで構成されることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体レーザ駆動装置。
【請求項４】
前記初期化回路部は、動作を開始してから最初に外部から前記ＡＰＣの開始を指示する信号が入力されると、前記初期化動作を行うことを特徴とする請求項１、２又は３記載の半導体レーザ駆動装置。
【請求項５】
所望の発光量が得られるように半導体レーザに供給する電流を自動的に制御するＡＰＣを行って、該半導体レーザの駆動制御を行う半導体レーザ駆動装置を有する画像形成装置において、
前記半導体レーザ駆動装置は、
前記半導体レーザの発光量を検出し、該発光量が所定値になるように、前記半導体レーザの発振しきい値電流未満の所定のバイアス電流を生成して該半導体レーザに常時出力するバイアス電流生成回路部と、
前記半導体レーザを発光させるための電流を生成し、入力された制御信号に応じて該生成した電流を前記半導体レーザに出力するスイッチング電流生成回路部と、
前記半導体レーザの発光特性の検出を行う所定の初期化動作を行い、前記スイッチング電流生成回路部に対して、該検出した発光特性から得られた値の電流を生成させる初期化回路部と、
前記スイッチング電流生成回路部に対して、前記初期化回路部から指示された電流値に、設定されたオフセット電流を加算した電流を生成させるオフセット電流設定回路部と、
を備え、
前記バイアス電流生成回路部は、生成したバイアス電流と前記スイッチング電流生成回路部から出力された電流との和電流による前記半導体レーザの発光量が所定値になるように、前記バイアス電流を生成して出力することを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
前記オフセット電流設定回路部は、外部から前記オフセット電流が設定されることを特徴とする請求項５記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記スイッチング電流生成回路部は、電流出力型のＤ／Ａコンバータで構成されることを特徴とする請求項５又は６記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記初期化回路部は、動作を開始してから最初に外部から前記ＡＰＣの開始を指示する信号が入力されると、前記初期化動作を行うことを特徴とする請求項５、６又は７記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザプリンタの光書き込み、光データ通信及び光ディスク等に使用される半導体レーザの駆動制御を行う半導体レーザ駆動装置、及び半導体レーザ駆動装置を使用した画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通常、レーザダイオードのレーザ発振は、電流注入開始より遅れて開始されるが、該遅延時間は、レーザダイオードへの電流注入開始から、キャリア密度をレーザダイオードの発振しきい値まで蓄積するのに要する時間である。従来の半導体レーザ駆動装置は、このような発振遅延を避けるために、一般的にレーザダイオードにバイアス電流を常時流す方式を行っている。
このようなバイアス電流を流す方式としては、固定バイアス方式と、変動バイアス方式がある。固定バイアス方式は、レーザダイオードの発振しきい値電流（以下、しきい値電流と呼ぶ）のばらつきや、レーザダイオードの特性の経時変化による変動に対して、追随することなく常に一定のバイアス電流をレーザダイオードに流す方式である。このため、決められたバイアス電流値からレーザダイオードのしきい値電流までの値が、経時的にばらついたり個々のレーザダイオードによってばらついたりして、前記発振遅延が安定しなかった。
【０００３】
また、変動バイアス方式は、個々のレーザダイオードのしきい値電流を検出する手段を有し、検出したしきい値近傍の電流をバイアス電流とする方式である。個々のレーザダイオードのしきい値電流検出を断続的に繰り返すことで、経時的なばらつきや温度変化によるしきい値電流の変動にも追随することができる。レーザダイオードを駆動するには、該変動バイアス方式が前記発振遅延のばらつきを避けるのに適している。
【０００４】
一方、半導体レーザ駆動装置において、半導体レーザであるレーザダイオードを常に所定の発光量で駆動させるための制御手段として、ＡＰＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）を行うことが一般的である。該ＡＰＣを行うことにより、所望の発光量に応じた、レーザダイオードに流れるレーザ駆動電流ｉｏｐが得られる。
前記ＡＰＣを行って、まず、レーザダイオードのしきい値電流ｉｔｈから所望の発光量が得られるレーザ駆動電流ｉｏｐの電流値までの発光電流ｉηを検出し、該検出した値の発光電流ｉηを電流出力型のＤ／Ａコンバータ（以下、ＤＡＣと呼ぶ）で固定電流として生成し、該生成した電流を、外部からの変調データ信号に応じてレーザダイオードに供給制御されるスイッチング電流とする。更に、次からのＡＰＣを実行するごとに前記しきい値電流ｉｔｈ近傍までのバイアス電流を決定する。このような変動バイアス−固定発光電流方式の半導体レーザ駆動装置があった。
【０００５】
ここで、電流出力型のＤＡＣは、各ビットに対応した個数の電流セルを有している。例えば、図６で示すように、電流セルの数が、１ビット目に対して２０個、２ビット目に対して２１個、３ビット目に対して２２個、ｎビット目に対して２ｎ−１個になるように、電流セルの個数で各ビットを重み付けされており、ビットが「１」のときに該ビットに対応する電流セルから電流が出力される。すなわち、ｎビット目が「１」になると、対応する２ｎ−１個の電流セルから電流が出力されることになる。また、各電流セルは、同一の形状で、同一の特性を有している。
このようなことから、ＤＡＣにおいて、入力されたコードに対する各電流セルからの電流出力開始及び電流出力停止のスピードが常に一定であるため、どのような発光量においても常に同一のスピードで前記スイッチング電流をレーザダイオードに供給することができる。
【０００６】
このような変動バイアス方式において、しきい値電流ｉｔｈ近傍のバイアス電流をレーザダイオードに常時流しておくと、特に前記スイッチング電流が小さい場合、バイアス電流によるレーザダイオードの発光量が無視できなくなる。一般に、レーザダイオードにおいて、バイアス電流による発光強度は最大で３００μＷに達する場合もあり、スイッチング電流による発光強度が１ｍＷであるとき、該発光強度の３０％の光量がバイアス電流によるものになる。このようなバイアス電流によるレーザダイオードの微小発光が、レーザプリンタやディジタルコピアにおいて、地肌汚れ等の不具合を発生させる原因になっていた。また、発光電流ｉηによるレーザダイオードの発光量に対する傾斜η（微分量子効率）が、温度変化によって劣化して減少し、発光電流ｉηが増加したときに、前記変動バイアス‐固定発光電流方式では、増加した分のレーザ駆動電流ｉｏｐをバイアス電流で補うため、レーザダイオードを消灯させる論理においても発光してしまう恐れがあった。
【０００７】
そこで、スイッチング電流にオフセット電流を持たせることで、前記消灯させる論理においても発光してしまう不具合を解消させていた（例えば、特許文献１参照。）。スイッチング電流にオフセット電流を加えると、ＡＰＣによってバイアス電流も該オフセット電流分だけ減少させることになる。すなわち、バイアス電流による自然発光、及び温度変動による消灯時の微発光の現象が起こらないように前記オフセット電流を設定し、スイッチング電流に該バイアス電流を加えることで前記のような不具合の発生を抑制することができる。
【特許文献１】特開２００４−１５３１１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、前記オフセット電流をＤＡＣの出力電流に加算する方法では、新たにオフセット電流を生成する回路を追加しなければならなくなり、半導体レーザ駆動装置の消費電力増加及び回路面積増加につながる。
また、レーザダイオードを消灯論理から点灯論理に移行させるとき、オフセット電流とスイッチング電流の出力制御を行う各スイッチ手段をまったく同一のタイミングでスイッチングさせ、該各スイッチングスピード、オフセット電流とスイッチング電流の各立ち上がり／立ち下がり時間もまったく同一にする必要があった。
【０００９】
例えば、本半導体レーザ駆動装置がＩＣで形成されている場合、プロセスのばらつき等によって、オフセット電流とＤＡＣの出力電流における立ち上がり及び立ち下がりのタイミングにずれが生ずることで、レーザダイオードからの発光量が最悪階段状になってしまい、意図するレーザダイオードの発光波形を得ることが難しくなるという問題があった。更に、前記各スイッチ手段のスイッチングスピードが高速になればなるほど、異なる電流生成部からの各出力電流の立ち上がり／立ち下がりのタイミングを合わせることは困難になるという問題があった。
【００１０】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、オフセット電流がＤＡＣから出力されるようにして固定発光電流に組み込むようにし、ＤＡＣに入力されるコードで該オフセット電流を設定してスイッチング電流とすることにより、低消費電力化及び小面積化を図ることができると共に、半導体レーザのスイッチングタイミングのばらつきを低減させることができる半導体レーザ駆動装置及び半導体レーザ駆動装置を有する画像形成装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明に係る半導体レーザ駆動装置は、所望の発光量が得られるように半導体レーザに供給する電流を自動的に制御するＡＰＣを行って、該半導体レーザの駆動制御を行う半導体レーザ駆動装置において、
前記半導体レーザの発光量を検出し、該発光量が所定値になるように、前記半導体レーザの発振しきい値電流未満の所定のバイアス電流を生成して該半導体レーザに常時出力するバイアス電流生成回路部と、
前記半導体レーザを発光させるための電流を生成し、入力された制御信号に応じて該生成した電流を前記半導体レーザに出力するスイッチング電流生成回路部と、
前記半導体レーザの発光特性の検出を行う所定の初期化動作を行い、前記スイッチング電流生成回路部に対して、該検出した発光特性から得られた値の電流を生成させる初期化回路部と、
前記スイッチング電流生成回路部に対して、前記初期化回路部から指示された電流値に、設定されたオフセット電流を加算した電流を生成させるオフセット電流設定回路部と、
を備え、
前記バイアス電流生成回路部は、生成したバイアス電流と前記スイッチング電流生成回路部から出力された電流との和電流による前記半導体レーザの発光量が所定値になるように、前記バイアス電流を生成して出力するものである。
【００１２】
また、前記オフセット電流設定回路部は、外部から前記オフセット電流が設定されるようにした。
【００１３】
具体的には、前記スイッチング電流生成回路部は、電流出力型のＤ／Ａコンバータで構成されるようにした。
【００１４】
また、前記初期化回路部は、動作を開始してから最初に外部から前記ＡＰＣの開始を指示する信号が入力されると、前記初期化動作を行うようにした。
【００１５】
また、この発明に係る画像形成装置は、所望の発光量が得られるように半導体レーザに供給する電流を自動的に制御するＡＰＣを行って、該半導体レーザの駆動制御を行う半導体レーザ駆動装置を有する画像形成装置において、
前記半導体レーザ駆動装置は、
前記半導体レーザの発光量を検出し、該発光量が所定値になるように、前記半導体レーザの発振しきい値電流未満の所定のバイアス電流を生成して該半導体レーザに常時出力するバイアス電流生成回路部と、
前記半導体レーザを発光させるための電流を生成し、入力された制御信号に応じて該生成した電流を前記半導体レーザに出力するスイッチング電流生成回路部と、
前記半導体レーザの発光特性の検出を行う所定の初期化動作を行い、前記スイッチング電流生成回路部に対して、該検出した発光特性から得られた値の電流を生成させる初期化回路部と、
前記スイッチング電流生成回路部に対して、前記初期化回路部から指示された電流値に、設定されたオフセット電流を加算した電流を生成させるオフセット電流設定回路部と、
を備え、
前記バイアス電流生成回路部は、生成したバイアス電流と前記スイッチング電流生成回路部から出力された電流との和電流による前記半導体レーザの発光量が所定値になるように、前記バイアス電流を生成して出力するものである。
【００１６】
また、前記オフセット電流設定回路部は、外部から前記オフセット電流が設定されるようにした。
【００１７】
具体的には、前記スイッチング電流生成回路部は、電流出力型のＤ／Ａコンバータで構成されるようにした。
【００１８】
また、前記初期化回路部は、動作を開始してから最初に外部から前記ＡＰＣの開始を指示する信号が入力されると、前記初期化動作を行うようにした。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の半導体レーザ駆動装置及び半導体レーザ駆動装置を有する画像形成装置によれば、電流出力型のＤＡＣを用いて任意の電流値のオフセット電流を、スイッチング電流生成回路部で生成される電流に自動的に組み込むようにしたことから、半導体レーザ駆動装置の回路内部に独立したオフセット電流生成回路を設ける必要がないため、回路の小面積化及び低消費電力化を図ることができると共に、オフセット電流とスイッチング電流を同時に立ち上げるときのタイミング制御等が問題になってくる高速動作が必要な場合に特に有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に、図面に示す実施の形態に基づいて、本発明を詳細に説明する。
第１の実施の形態．
図１は、本発明の第１の実施の形態における半導体レーザ駆動装置の構成例を示したブロック図である。
図１における半導体レーザ駆動装置１は、レーザダイオードＬＤの順方向電流‐光出力特性（ｉ‐Ｌ特性）が温度変化や経年劣化によって変動するため、一般的に、レーザダイオードＬＤの光量を常に一定に保つための制御、すなわちＡＰＣを行う。半導体レーザ駆動装置１は、レーザダイオードＬＤの光量をフォトダイオードＰＤで受光し、該受光した光量に応じて前記ＡＰＣを実行する。フォトダイオードＰＤは、受光した光量に比例したモニタ電流ｉｍを発生させ、該発生させたモニタ電流ｉｍを電流‐電圧変換してモニタ電圧Ｖｍとし、該モニタ電圧Ｖｍを基準電圧Ｖｒｅｆと電圧比較し、該差電圧に応じて、レーザダイオードＬＤに出力される電流を制御する。
【００２１】
図１において、半導体レーザ駆動装置１は、レーザダイオードＬＤの光出力を受光し、該受光量に応じたモニタ電流ｉｍを生成して出力するフォトダイオードＰＤと、該モニタ電流ｉｍを電圧に変換してモニタ電圧Ｖｍとして出力する電流‐電圧変換回路（以下、Ｉ／Ｖ回路と呼ぶ）２と、該モニタ電圧Ｖｍに応じたレーザ駆動電流ｉｏｐを生成してレーザダイオードＬＤに供給するレーザダイオード制御回路３とで構成されている。レーザダイオードＬＤは、レーザダイオード制御回路３から供給されたレーザ駆動電流ｉｏｐに応じた光量の光出力を行う。
【００２２】
レーザダイオード制御回路３は、外部から入力された基準電圧Ｖｒｅｆを（Ｍ−Ｎ）／Ｍ（但し、Ｎ及びＭは、Ｎ＜Ｍであり共に正の数である）に分圧して出力する基準電圧分圧回路１１と、該基準電圧分圧回路１１から出力された分圧電圧Ｖｄ又は基準電圧Ｖｒｅｆのいずれか一方を排他的に出力する第１スイッチ回路１２とを備えている。更に、レーザダイオード制御回路３は、電圧比較回路１３と、サンプルホールド回路（以下、Ｓ／Ｈ回路と呼ぶ）１４と、電圧‐電流変換回路（以下、Ｖ／Ｉ回路と呼ぶ）１５と、電流出力型のＤＡＣ１６と、ＤＡＣ演算回路１７と、第２スイッチ回路１８と、加算回路１９と、ドライバ回路２０と、制御回路２１とを備えている。レーザダイオード制御回路３は、１つのＩＣに集積されている。第１スイッチ回路１２、ＤＡＣ１６及びＤＡＣ演算回路１７は、外部からＡＰＣ開始信号Ｓａｐｃが入力される制御回路２１によって動作制御される。
【００２３】
なお、フォトダイオードＰＤ、Ｉ／Ｖ回路２、電圧比較回路１３、Ｓ／Ｈ回路１４、Ｖ／Ｉ回路１５、加算回路１９及びドライバ回路２０はバイアス電流生成回路部をなし、厳密には基準電圧Ｖｒｅｆを生成する回路も含めてバイアス電流生成回路部をなす。また、ＤＡＣ１６及び第２スイッチ回路１８はスイッチング電流生成回路部をなし、ＤＡＣ演算回路１７はオフセット電流設定回路部をなす。また、基準電圧分圧回路１１、第１スイッチ回路１２及び制御回路２１は初期化回路部をなす。
【００２４】
電圧比較回路１３は、オペアンプで構成され、該オペアンプの反転入力端にモニタ電圧Ｖｍが、該オペアンプの非反転入力端に第１スイッチ回路１２から出力された電圧がそれぞれ入力され、該入力された各電圧の差電圧を増幅して出力する。Ｓ／Ｈ回路１４は、電圧比較回路１３から出力された電圧をサンプリングしてホールドする。Ｖ／Ｉ回路１５は、Ｓ／Ｈ回路１４によってサンプルホールドされた電圧を電流に変換しバイアス電流ｉｓｈとして加算回路１９に出力する。また、ＤＡＣ１６は、レーザダイオードＬＤのしきい値電流ｉｔｈから、所望の発光量Ｐｏを得るために必要な電流である発光電流ｉη以上の電流として定められた電流を生成し、第２スイッチ回路１８を介してスイッチング電流ｉｄａｃとして加算回路１９に出力する。ドライバ回路２０は、バイアス電流ｉｓｈとスイッチング電流ｉｄａｃを加算回路１９で加算した電流が入力され、該入力された電流をレーザ駆動電流ｉｏｐとしてレーザダイオードＬＤに供給する。
【００２５】
フォトダイオードＰＤ→Ｉ／Ｖ回路２→電圧比較回路１３→Ｓ／Ｈ回路１４→Ｖ／Ｉ回路１５→加算回路１９→ドライバ回路２０→レーザダイオードＬＤのループがＡＰＣループであり、通常は、Ｖ／Ｉ回路１５から出力されるサンプルホールド電流ｉｓｈによってレーザダイオードＬＤの光量を常に一定に保っている。
レーザダイオード制御回路３では、発光電流ｉηにオフセット電流ｉｏｆを加えた電流にスイッチング電流ｉｄａｃを設定し、ＤＡＴＡ入力端子３３から入力される外部からのデータ信号Ｓｄによって、レーザダイオードＬＤの点灯時は第２スイッチ回路１８をＯＮさせ、レーザダイオードＬＤの消灯時は第２スイッチ回路１８をＯＦＦさせる。スイッチング電流ｉｄａｃを設定するに際して、バイアス電流ｉｓｈを、レーザダイオードＬＤのしきい値電流ｉｔｈよりも前記オフセット電流ｉｏｆだけ小さい電流に設定し、レーザダイオードＬＤに常に流す電流として設定する。
【００２６】
ここで、前記スイッチング電流ｉｄａｃとバイアス電流ｉｓｈは、初期化と呼ぶ所定のフローによって、レーザダイオード制御回路３で自動的に設定される。基準電圧入力端子３２には、所望の光量Ｐｏを得るための所定の基準電圧Ｖｒｅｆが入力されている。レーザダイオード制御回路３が立ち上がって最初に入力されるＡＰＣ開始信号Ｓａｐｃによって前記初期化がスタートする。
該初期化動作時には、制御回路２１は、第１スイッチ回路１２に対して、基準電圧分圧回路１１から出力された分圧電圧Ｖｄを選択させて電圧比較回路１３に出力させる。また、このとき、第２スイッチ回路１８はオフして遮断状態になる。
【００２７】
電圧比較回路１３は、入力されたモニタ電圧Ｖｍと分圧電圧Ｖｄとの差電圧を増幅してＳ／Ｈ回路１４に出力し、Ｓ／Ｈ回路１４は、入力された差電圧をホールドし、レーザダイオードＬＤの光量が（１−Ｎ／Ｍ）×Ｐｏになるようなバイアス電流ｉｓｈがドライバ回路２０を介してレーザダイオードＬＤに供給される。
次に、制御回路２１は、第１スイッチ回路１２に対して、外部から入力された基準電圧Ｖｒｅｆを選択させて電圧比較回路１３に出力させる。また、このとき、第２スイッチ回路１８はオンして導通状態になる。
電圧比較回路１３は、入力された基準電圧Ｖｒｅｆと分圧電圧Ｖｄとの差電圧を増幅してＳ／Ｈ回路１４及びＤＡＣ１６にそれぞれ出力する。制御回路２１は、ＡＰＣ動作を開始してから所定の時間経過後に、ＤＡＣ１６に対して０からのカウントアップをスタートさせる。ＤＡＣ１６は、モニタ電圧Ｖｍが基準電圧Ｖｒｅｆと同電圧になった時点でカウントアップを停止する。この時点で、ＤＡＣ演算回路１７は、ＤＡＣ１６のカウント値から（Ｎ／Ｍ）×ｉηのスイッチング電流ｉｄａｃ１を検出する。
【００２８】
ＤＡＣ演算回路１７は、検出したコードを（Ｍ＋α）／Ｎ倍してＤＡＣ１６に出力し、ＤＡＣ１６に対して、該検出したコードが示すスイッチング電流ｉｄａｃ１を（Ｍ＋α）／Ｎ倍した下記（１）式のスイッチング電流ｉｄａｃを生成して出力させる。
ｉｄａｃ＝ｉｄａｃ１×（Ｍ＋α）／Ｎ＝（Ｎ／Ｍ）×ｉη×（Ｍ＋α）／Ｎ＝（１＋α／Ｍ）×ｉη………………（１）
但し、αは自然数である。
すなわち、ＤＡＣ演算回路１７によってＤＡＣ１６で生成されたスイッチング電流ｉｄａｃには、本来の発光電流ｉηに（α／Ｍ）×ｉηのオフセット電流が自動的に加算されたことになる。
【００２９】
第２スイッチ回路１８がオンした状態であることから、ＡＰＣ動作によってバイアス電流ｉｓｈは、しきい値電流ｉｔｈ以下の下記（２）式の電流になる。
ｉｓｈ＝ｉｔｈ−（α／Ｍ）×ｉη………………（２）
すなわち、前記初期化を実行することで、オフセット電流を生成する回路を設けることなく、オフセット電流を含んだスイッチング電流ｉｄａｃと、オフセット電流分を考慮し、しきい値電流ｉｔｈ以下のバイアス電流ｉｓｈを自動的に設定することができる。
このように、オフセット電流を生成する回路を個別に必要としないことから、回路の小面積化、低消費電力化を図ることができ、変調電流であるスイッチング電流にオフセット電流を組み込むことで、電流変調時の波形の精度を一定に保つことができる。
【００３０】
図１では、本発明の基本概念のみを説明しているため、オフセット電流値は固定値である場合を例にして説明した。レーザダイオードＬＤのｉ‐Ｌ特性は、図２のように、原点からレーザ駆動電流ｉｏｐに比例したＬＤ発光量Ｐｏを得る自然発光直線がしきい値電流ｉｔｈ近傍で折れ曲がり、傾きが急になって微分量子効率ηで決定される直線とで構成される折れ線状になる。微分量子効率ηで決定される直線の延長上におけるＬＤ発光量＝０との交点をしきい値電流ｉｔｈと呼んでいる。レーザダイオードＬＤは、温度変化や経年劣化によってしきい値電流がシフトしてしまう現象がある。また、発光電流ｉηの発光量に対する傾斜ηは、温度変化又は経年劣化によって劣化、減少する。
【００３１】
図１の半導体レーザ駆動装置１において、レーザダイオードＬＤのしきい値電流シフト、すなわちしきい値電流ｉｔｈの電流変動は、ＡＰＣを実行することで、個々のしきい値電流ｉｔｈに応じたバイアス電流ｉｓｈを出力することにより対応することができる。微分量子効率ηの減少による発光電流ｉηの増加は、スイッチング電流ｉｄａｃに組み込んだオフセット電流によって対応することができる。しかし、微分量子効率ηの変動幅は、個々のレーザダイオードによって異なるため、ＤＡＣ演算回路１７に設定されたオフセット電流が大きい場合、スイッチング電流ｉｄａｃを流し始めてからしきい値電流に至るまでに時間がかかってしまいレーザダイオードＬＤの発光遅延が大きくなる。
【００３２】
また、オフセット電流を小さくし過ぎると、微分量子効率ηによって発光電流ｉηが増加した場合に、しきい値電流ｉｔｈを超えるバイアス電流ｉｓｈが設定され、レーザダイオードＬＤが消灯設定時にもかかわらず小発光してしまう可能性がある。このような問題は、個々のレーザダイオードの微分量子効率ηの変動に応じたオフセット電流を設定することで解消させることができる。
このような方法を、図２を用いて説明する。
図２において、常温時におけるレーザダイオードＬＤのしきい値電流をｉｔｈ１にすると共に発光電流をｉηｒとし、高温時におけるレーザダイオードＬＤのしきい値電流をｉｔｈ２にすると共に発光電流をｉηｈとする。
常温時に、前記初期化を行うと、まずスイッチング電流ｉｄａｃ（＝ｉηｒ＋α／Ｍ×ｉηｒ）が設定された後、バイアス電流ｉｓｈ１がＡＰＣによって設定される。
【００３３】
レーザダイオードＬＤの周辺温度が高温になると、スイッチング電流ｉｄａｃは常温時のままでＡＰＣによってレーザ駆動電流ｉｏｐが増加した分が補正され、バイアス電流ｉｓｈ１からバイアス電流ｉｓｈ２に設定し直される。このときレーザダイオードＬＤの発光電流ｉηが増加することにより、レーザダイオードＬＤが消灯する場合において、レーザダイオードＬＤが発光しないバイアス電流ｉｓｈ２を設定するためには、ｉｄａｃ＞ｉηｈである必要がある。しかし、マージンを取りすぎてｉｄａｃ≫ｉηｈになると、レーザダイオードＬＤの発振遅延の問題が出てくる。すなわち、レーザダイオードＬＤごとにどのような温度条件においても、ｉｄａｃ＞ｉηが成立するという条件で、可能な限り小さくなるようにオフセット電流（α／Ｍ×ｉη）を決定する必要がある。
【００３４】
そこで、外部からのオフセット電流設定信号によって、オフセット電流を任意に設定するようにしてもよい。
図３は、本発明の第１の実施の形態における半導体レーザ駆動装置の他の構成例を示したブロック図である。なお、図３では、図１と同じもの又は同様のものは同じ符号で示し、ここではその説明を省略すると共に図１との相違点のみ説明する。
図３における図１との相違点は、オフセット電流設定端子３６及びオフセット電流設定回路２２が追加されたことにあり、これに伴って、図１のＤＡＣ演算回路１７をＤＡＣ演算回路１７ａにし、図１のレーザダイオード制御回路３をレーザダイオード制御回路３ａにし、図１の半導体レーザ駆動装置１を半導体レーザ駆動装置１ａにした。
【００３５】
図３において、半導体レーザ駆動装置１ａは、フォトダイオードＰＤと、Ｉ／Ｖ回路２と、モニタ電圧Ｖｍに応じたレーザ駆動電流ｉｏｐを生成してレーザダイオードＬＤに供給するレーザダイオード制御回路３ａとで構成されている。レーザダイオードＬＤは、レーザダイオード制御回路３ａから供給されたレーザ駆動電流ｉｏｐに応じた光量の光出力を行う。
レーザダイオード制御回路３ａは、基準電圧分圧回路１１、第１スイッチ回路１２、電圧比較回路１３、Ｓ／Ｈ回路１４、Ｖ／Ｉ回路１５、ＤＡＣ１６、ＤＡＣ演算回路１７ａ、第２スイッチ回路１８、加算回路１９、ドライバ回路２０、制御回路２１及びオフセット電流設定回路２２で構成されている。レーザダイオード制御回路３ａは、１つのＩＣに集積され、オフセット電流設定端子３６を備えている。なお、ＤＡＣ演算回路１７ａ及びオフセット電流設定回路２２はオフセット電流設定回路部をなす。
【００３６】
オフセット電流設定端子３６から入力される信号が例えば電圧であったとすると、オフセット電流設定回路２２は、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ等で構成され、オフセット電流設定端子３６から入力された信号に応じた信号をＤＡＣ演算回路１７ａに出力する。ＤＡＣ演算回路１７ａでは、オフセット電流設定回路２２から入力された信号に対応したαの値を決定する。αは、オフセット電流α／Ｍ×ｉηにおける重要な値であり、自然数（０，１，２，３，・・・）である。ＤＡＣ演算回路１７ａには、あらかじめ、基準電圧分圧回路１１に設定されているＭとＮの値が入力されている。但し、ＭとＮは正の整数（１，２，３，・・・）である。
【００３７】
前記初期化において、ＤＡＣ演算回路１７ａは、ＤＡＣ１６のカウント値から検出したＮ／Ｍ×ｉηのスイッチング電流ｉｄａｃ１を演算するわけであるが、図１の説明において、ＤＡＣ演算回路１７ａでＤＡＣ１６へのコードを演算してｉｄａｃを設定することで、本来の発光電流ｉηにα／Ｍ×ｉηのオフセット電流が自動的に加算される方法において、αの値を外部から入力される信号に応じて変更することにより、簡単に任意のオフセット電流を設定することができる。
【００３８】
このように、本第１の実施の形態における半導体レーザ駆動装置は、電流出力型のＤＡＣ１６を用いて任意の電流値のオフセット電流を自動的にスイッチング電流ｉｄａｃに組み込むようにしたことから、半導体レーザ駆動装置の回路内部に独立したオフセット電流生成回路を構成する必要がないため、回路の小面積化及び低消費電力化を図ることができると共に、オフセット電流とスイッチング電流を同時に立ち上げるときのタイミング制御等が問題になってくる高速動作が必要な場合に特に有効である。
【００３９】
第２の実施の形態．
前記第１の実施の形態では、ＤＡＣ演算回路でＤＡＣ１６へのコードを演算してｉｄａｃを設定することで、本来の発光電流ｉηにα／Ｍ×ｉηのオフセット電流が自動的に加算されるようにしたが、基準電圧分圧回路１１で複数の分圧電圧が生成されるようにし、外部から入力されるオフセット選択信号に応じて該各分圧電圧の１つを排他的に選択して電圧比較回路１３に出力するようにしてもよく、このようにしたものを本発明の第２の実施の形態とする。
図４は、本発明の第２の実施の形態における半導体レーザ駆動装置の構成例を示したブロック図である。なお、図４では、図１又は図３と同じもの又は同様のものは同じ符号で示し、ここではその説明を省略すると共に図１との相違点のみ説明する。
【００４０】
図４における図１との相違点は、オフセット電流設定端子３６及びオフセット電流設定回路４５が追加され、図１の基準電圧分圧回路１１は、複数の電圧の分圧電圧をそれぞれ生成して第１スイッチ回路１２に出力し、第１スイッチ回路１２は、オフセット電流設定回路４５からの制御信号に従って入力された各分圧電圧の１つを排他的に選択するようにしたことにある。これに伴って、図１の基準電圧分圧回路１１を基準電圧分圧回路４１に、図１の第１スイッチ回路１２を第１スイッチ回路４２に、図１のレーザダイオード制御回路３をレーザダイオード制御回路４３にし、図１の半導体レーザ駆動装置１を半導体レーザ駆動装置４０にした。
【００４１】
図４において、半導体レーザ駆動装置４０は、フォトダイオードＰＤと、Ｉ／Ｖ回路２と、モニタ電圧Ｖｍに応じたレーザ駆動電流ｉｏｐを生成してレーザダイオードＬＤに供給するレーザダイオード制御回路４３とで構成されている。レーザダイオードＬＤは、レーザダイオード制御回路４３から供給されたレーザ駆動電流ｉｏｐに応じた光量の光出力を行う。
レーザダイオード制御回路４３は、外部から入力された基準電圧Ｖｒｅｆを（ｍ−１）種類の分圧比で分圧した各分圧電圧をそれぞれ出力する基準電圧分圧回路４１、該基準電圧分圧回路４１から出力された各分圧電圧のいずれか１つ又は基準電圧Ｖｒｅｆのいずれか一方を排他的に出力する第１スイッチ回路４２とを備えている。
【００４２】
更に、レーザダイオード制御回路４３は、電圧比較回路１３、Ｓ／Ｈ回路１４、Ｖ／Ｉ回路１５、ＤＡＣ１６、ＤＡＣ演算回路１７、第２スイッチ回路１８、加算回路１９、ドライバ回路２０、制御回路２１及びオフセット電流設定回路４５で構成されている。レーザダイオード制御回路４３は、１つのＩＣに集積され、オフセット電流設定端子３６を備えている。なお、ＤＡＣ演算回路１７、基準電圧分圧回路４１、第１スイッチ回路４２及びオフセット電流設定回路４５はオフセット電流設定回路部をなし、基準電圧分圧回路４１、第１スイッチ回路４２及び制御回路２１は初期化回路部をなす。
第１スイッチ回路４２は、オフセット電流設定回路４５からの選択信号に応じて基準電圧分圧回路４１から入力された各分圧電圧のいずれか１つを選択すると共に、制御回路２１からの制御信号に応じて、該選択した分圧電圧又は基準電圧Ｖｒｅｆのいずれか一方を排他的に出力する。
【００４３】
ここで、図５は、基準電圧分圧回路４１及び第１スイッチ回路４２の内部構成例を示した図であり、図５を用いて基準電圧分圧回路４１、第１スイッチ回路４２及びオフセット電流設定回路４５の動作について説明する。
図５において、基準電圧分圧回路４１は、基準電圧Ｖｒｅｆと接地電圧との間に直列に接続されたｍ個の抵抗Ｒ１〜Ｒｍで構成されており、第１スイッチ回路４２は、ｍ個のスイッチＳＷ１〜ＳＷｍで構成されている。
スイッチＳＷ２〜ＳＷｍの各一方の端子は接続され、該接続部はスイッチＳＷ１の端子ａ１に接続されている。スイッチＳＷ１の端子ｂ１には基準電圧Ｖｒｅｆが入力されており、スイッチＳＷ１の端子ｃ１は、電圧比較回路１３に接続されている。また、スイッチＳＷ２〜ＳＷｍの各他方の端子は、抵抗Ｒ１〜Ｒｍの対応する接続部にそれぞれ接続されている。
【００４４】
スイッチＳＷ１は、制御回路２１からの制御信号によって切り換え制御され、スイッチＳＷ２〜ＳＷｍは、オフセット電流設定回路４５からの選択信号によって、いずれか１つだけ排他的にオンして導通状態になる。
ここで、抵抗Ｒｎと抵抗Ｒ（ｎ＋１）（但し、ｍ及びｎは、ｎ＜ｍであり共に正の整数である）との接続部に接続されたスイッチＳＷ（ｎ＋１）をオンさせることを示した信号がオフセット電流設定端子３６に入力されると、オフセット電流設定回路４５は、スイッチＳＷ（ｎ＋１）を排他的にオンさせる。抵抗Ｒ１〜Ｒｎの直列回路の抵抗値をＮとし、抵抗Ｒ１〜Ｒｍの直列回路の抵抗値をＭとすると、スイッチＳＷ１の端子ａ１には（１−Ｎ／Ｍ）×Ｖｒｅｆの電圧が入力される。
【００４５】
初期化直後に、スイッチＳＷ１は、制御回路２１によって、端子ｃ１が端子ａ１に接続され、（１−Ｎ／Ｍ）×Ｖｒｅｆの電圧が電圧比較回路１３に入力されることで、Ｎ／Ｍ×ｉηのスイッチング電流が得られる。ＤＡＣ演算回路１７では、あらかじめＮ／Ｍ×ｉηの電流を示したＤＡＣコードを２ｋ倍（２のべき数倍）するように設定する。２ｋ倍にしたのは、演算を簡単にするためで、コードを２ｋ倍するためには、単に、コードをｋビットシフトするだけで可能である。ＤＡＣ演算回路１７で処理されることによって、最終的にスイッチング電流ｉｄａｃは、２ｋ×Ｎ／Ｍ×ｉηの値になり、オフセット電流は、（２ｋ×Ｎ／Ｍ−１）×ｉηになる。但し、２ｋ×Ｎ≧Ｍの範囲で各値を設定する必要がある。
【００４６】
例えば、図５において、抵抗値Ｍを１０ｋΩに、定数ｋを１にすると、２ｋ×Ｎ≧Ｍから、抵抗値Ｎは５〜１０ｋΩの範囲の値で選択することできるものとする。オフセット電流設定端子３６から、スイッチＳＷ２〜ＳＷｍの内、Ｎ＝６ｋΩになるようなスイッチを排他的にオンさせる信号が入力されると、初期化を行うことで、（２１×６／１０−１）×ｉη＝１／５×ｉηのオフセット電流を簡単に得ることができる。Ｎの値を細かく区切っておけば、オフセット電流の値はより細かく設定することができる。
このように、本第２の実施の形態における半導体レーザ駆動装置は、前記第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００４７】
なお、前記第１及び第２の各実施の形態における半導体レーザ駆動装置を、レーザプリンタやデジタル複写機等の画像形成装置に使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１の実施の形態における半導体レーザ駆動装置の構成例を示したブロック図である。
【図２】図１のレーザダイオードＬＤのｉ‐Ｌ特性の例を示した図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における半導体レーザ駆動装置の他の構成例を示したブロック図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態における半導体レーザ駆動装置の構成例を示したブロック図である。
【図５】図４の基準電圧分圧回路４１及び第１スイッチ回路４２の内部構成例を示した図である。
【図６】従来の電流出力型のＤＡＣの例を示した図である。
【符号の説明】
【００４９】
１，１ａ，４０  半導体レーザ駆動装置
２  Ｉ／Ｖ回路
３，３ａ，４３  レーザダイオード制御回路
１１，４１  基準電圧分圧回路
１２，４２  第１スイッチ回路
１３  電圧比較回路
１４  Ｓ／Ｈ回路
１５  Ｖ／Ｉ回路
１６  ＤＡＣ
１７，１７ａ  ＤＡＣ演算回路
１８  第２スイッチ回路
１９  加算回路
２０  ドライバ回路
２１  制御回路
２２，４５  オフセット電流設定回路
ＰＤ  フォトダイオード
ＬＤ  レーザダイオード
Ｒ１〜Ｒｍ  抵抗
ＳＷ１〜ＳＷｍ  スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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